汽車變速箱輸出軸斷裂失效及改進研究

葛晶

摘 要：汽車變速箱輸出軸是變速箱與傳動軸聯動的重要構件，輸出軸發生斷裂，傳動軸將很難受到驅動作用、傳動比調整作用，導致汽車運行出現故障，有必要重視汽車變速箱輸出軸斷裂失效分析，認為可以在理化檢驗的基礎上，對輸出軸失效問題進行綜合探討，隨之，為有效避免變速箱輸出軸斷裂，歸納改進措施。

關鍵詞：變速箱 輸出軸斷裂 失效分析 改進措施

1 引言

失效分析是輸出軸失去效用的原因進行綜合分析，運用理化檢驗的形式，可以較為客觀的收集輸出軸斷裂面信息、組成成分、硬度數據等，輔助斷裂性質、原因的歸納，透過失效分析，可以根據所得斷裂數據指導輸出軸的質量、性能、成分改進工作，有效避免輸出軸再度發生斷裂現象，對公司產品質量增強存在積極意義。

2 變速箱輸出軸理化檢驗方案

變速箱輸出軸理化檢驗內容包括宏觀痕跡檢測、微觀痕跡檢測、化學成分分析、金相檢驗、硬度檢驗、氫含量檢驗，一般可以較為全面的把握輸出軸斷裂面信息，輔助斷裂原因、性質分析工作。從宏觀痕跡檢測來看，檢驗人員可以憑借直觀觀察及工作手冊、維修經驗，對斷裂面形貌進行觀察，可以了解輸出軸是否存在異常機床加工、磕碰磨損、有無明顯形變，從微觀痕跡檢測來看，檢驗人員可以運用掃描電子顯微鏡對斷裂處進行掃描，觀察是否存在塑性變形、表面是否存在疏松、雜質較多等狀況，同時分析裂紋起點、裂紋形貌等，從化學成分分析來看，對檢測輸出軸取樣，分析輸出軸化學成分，了解輸出軸與其標識的規格是否吻合，是否存在假冒偽劣現象，從金相檢驗的角度來看，金相檢驗可以了解輸出軸的金相組織特點，基本流程是先從輸出軸上取樣、拋光、4%硝酸酒精溶液侵蝕，對樣品進行顯微觀察，把握金相組織是馬氏體、奧氏體，亦或者是其他，從硬度檢驗來看，硬度是材料基礎性能指標之一，進行硬度檢驗，取得硬度階梯分布、硬度數值等數據，了解變速箱輸出軸是否是因為硬度不足導致斷裂，從氫含量檢驗來看，氫含量檢驗數據可以作為氫脆的判斷依據，測試氫含量時，先取樣，后運用低濃度酒精溶液降溫至50℃以下，再運用四氯化碳清洗樣品，最后用氫含量檢測儀，了解樣品表面氫含量、心部氫含量[1]。

3 變速箱輸出軸斷裂常見原因

變速箱輸出軸斷裂主要是輸出軸存在明顯磕碰、加工工藝不達標、選材質量不合格等原因。從磕碰的角度來看，變速箱輸出軸磕碰可以通過痕跡檢測的方式，把握斷裂處是否存在明顯缺陷，輸出軸存在缺陷時，會在扭力等作用下，造成裂紋拓展延伸，最終發生斷裂，因而，有必要在生產、運輸、安裝等過程中，避免器件發生嚴重的磕碰、磨損，從加工工藝來看，回火工藝、脫氫處理、機床成型等流程不符合標準，也會殘留應力，延伸應力形變，也可以是在氫含量不達標下，形成氫脆，機床成型效果差，導致器件加工面存在異常，也可能會造成變速箱輸出軸發生斷裂現象，從選材質量來看，選材質量直接影響到輸出軸質量上限，在變速箱輸出軸質量無法達到既定標準的狀況下，變速箱很難支撐扭力、轉速比調整，導致輸出軸承擔負荷過大出現斷裂情況，因而，充分重視選材質量，同樣可以規避傳輸軸斷裂的狀況[2]。

4 變速箱輸出軸斷改進措施

4.1 重視變速箱輸出軸原料質量

變速箱輸出軸材料質量可以直接影響到輸出軸強度上限、抗應力形變能力上限，考慮到輸出軸在車輛運行中的重要性，有必要在抉擇變速箱輸出軸時，高度重視輸出軸原料質量。從生產資質角度來看，生產輸出軸之前，應當對毛胚件提供廠商的生產資質充分考核，防止取得的原料強度、韌性、切削性能等不負荷既定要求或不符合標準，導致輸出軸本身材質存在質量缺陷，影響到輸出軸工作穩定性、工作性能，從質量檢驗的角度來看，應當在廠家提供的毛胚件到貨后，運用金相檢驗等方式，抽檢毛胚件，確保質量合格下，方能入庫保存，或運用生產加工過程中。

例如，以20CrMnTi鋼作為毛胚時，應當根據20CrMnTi鋼的執行標準、企業信用、市場交易、樣品質量等，對毛胚提供廠商的生產資質進行綜合評價，以此為基礎，確保毛胚件質量，避免對后續輸出軸生產活動造成負面影響，另外，廠商到貨至入庫保存之間，采購方還要對毛胚件的金相組織、強度、可加工性能等參數進行技術檢驗，確保無誤后，方能入庫并進入到生產加工活動中。

4.2 重視變速箱輸出軸加工工藝

變速箱輸出軸加工工藝主要包括回火工藝、機床加工工藝、脫氫處理工藝等，旨在消除毛胚件內應力，加強毛胚件韌性、強度、可加工性能，并在機床加工下，最終成型。首先應當重視工藝改進，針對輸出軸性能需求，盡可能的消除工件的氫含量，有效規避氫脆等現象的產生，其次，重視技術規程編制及設備及時更新，貼合生產技術進步下，強化生產能力，整體改善生產工藝水準，保障傳輸軸生產質量，最后，針對生產流程中可能存在的缺陷，或導致工件加工質量的風險進行披露，審視生產工藝是否有必要進行改善，或在風險生產風險下，編制風險規避方案，在生產環節出現差錯時，可以及時糾正，或采取止損手段[3]。

例如，傳輸軸生產流程中，一般需要先對將毛胚件鍛造成型，然后正火處理，盡可能的降低工件的內應力，隨之進行調質處理，最后粗加工、精加工工件，在此流程之間，還需要運用去毛刺、清洗、冷卻、保溫等一系列工序，具體運用可以根據品控要求、性能要求，改善生產工藝，為保障生產工藝能發揮效用，應當重視配套設備、技術手冊、風險規避方案制定，以此充分確保傳輸軸生產質量。

4.3 重視變速箱輸出軸生產質量

變速箱輸出軸生產質量與設備、人員、制度規范等存在關聯。從生產設備角度來看，應當對氫含量測試儀精度、機床加工精度、溫控精度、量尺精度等高度重視，推進精細化加工的同時，保障輸出軸生產質量，另外，需要根據生產設備重要程度、精準度要求、性能穩定性，擬定檢修維護計劃，除了可以及時響應設備故障之外，還可以定期披露設備運作健康狀態下，了解設備運作質量、性能，便于識別質量、安全風險，從生產人員來看，應當重視人員培訓、企業文化滲透，應當根據傳輸軸質檢手段、生產流程、設備操作方法編制技術手冊，幫助職員適應傳輸軸生產活動，企業文化中的安全生產、高效生產、質檢嚴謹等理念，可以改善職員工作態度，規制主觀偏差風險，確保傳輸軸生產質量，從制度規范來看，生產廠商應當重視績效考核制度、獎懲制度、責任及任務分配機制等擬定，以此激勵、約束職員行為，客觀約束員工主觀偏差風險，確保變速箱輸出軸生產質量。

例如，生產輸出軸時，運用標準氫含量件校準氫含量精準度，就可以更加精準的披露工件的氫含量，可以確定脫氫工藝執行的必要性、保溫脫氫時間，還可以對脫氫工藝后的工件的氫含量進行精準測定，判斷脫氫工藝效果，重視人員培訓，操作氫含量測試儀時，數值記錄偏差風險可以得到約束，尤其是操作人員在懲罰制度約束下，會更加認真對待本職工作，保障變速箱輸出軸生產質量。

4.4 重視變速箱輸出軸與工作環境的適宜性

變速箱輸出軸發生斷裂除了本身內在質量缺陷下，疲勞斷裂，或工作環境超出輸出軸負荷極限的狀況同樣較多，因而，設計變速箱時，應當輸出軸性能需求、壽命期限需求、工作穩定性需求高度重視，根據變速箱本身實際狀況，抉擇相適宜的輸出軸，可以降低輸出軸突然斷裂概率，保障行車安全。

例如，家用轎車在動力方面的需求相對較低，對運行穩定性較高，在設計變速箱時，可側重輸出軸性能穩定性，采購輸出軸時，重視品控強、壽命期限長、性能衰減幅度低等參數，一般能在增強變速箱輸出軸與工作環境的適宜性上，強化輸出軸運用效能。

4.5 重視變速箱輸出軸安裝前質量檢驗

變速箱輸出軸安裝前質量檢驗可以進一步的保障傳輸軸的使用安全，保障輸出軸運用效能。變速器組裝廠商可以從理化檢驗的角度，針對輸出軸樣品的外觀形貌、化學成分、金相組織、氫含量等數值進行測檢，在質量合格下，方能用于變速器安裝，反之，應當對同批次樣品繼續抽檢，合格率較差下，進行退貨，另外，還可以進行模擬測試，模仿變速器工作環境下，觀察輸出軸在扭力負荷等狀況下運作質量，若出現裂紋、斷裂、齒輪嚙合不佳等情況，應謹慎對待同批次輸出軸。

例如，輸出軸初步通過外觀形貌、化學成分、金相組織、氫含量等環節測試后，一般可以說明輸出軸本身質量較佳，考慮到質檢活動的全面深入，還可以運用模擬測試形式，進行二次質檢，發現齒輪嚙合、運作噪音、斷裂痕跡等處于理想狀況下，可以進一步佐證變速箱輸出軸質量較佳。

5 結語

變速箱輸出軸理化檢驗內容包括宏觀痕跡檢測、微觀痕跡檢測、化學成分分析、金相檢驗、硬度檢驗、氫含量檢驗，一般可以較為全面的展開失效分析，另外，在確保傳輸軸質量上，可以從原料質量、生產工藝、生產質量、與工作環境適宜性、安裝前質檢五方面落實。

參考文獻：

[1]楊永剛，陳德鑫，李松松，等.汽車變速器輸出軸齒座限位花鍵軸向斷裂失效分析與試驗研究[J].汽車技術，2017，000（007）：16-19.

[2]銀俊鷹，趙勇桃.汽車變速箱齒輪軸斷裂失效分析研究[J]. 鑄造技術，2018，039（010）：2398-2400.

[3]周洪濤，崔蘭芳，李洪，等.汽車變速箱輸出軸斷裂失效分析[J].期刊論文， 2016，52（2）.